[發明專利]一種固體堿催化劑、其制備方法以及利用其催化合成生物柴油的方法

在審

• 申請號: 201610146783.3
• 申請日: 2016-03-15
• 公開（公告）號: CN105688956A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 賈麗華;婁升風;郭祥峰;張宇;楊瑞;趙振龍;吳平
• 申請（專利權）人: 齊齊哈爾大學
• 主分類號: B01J27/18
• 分類號: B01J27/18;B01J35/10;C11C3/10;C10L1/02;C07C69/24;C07C67/03
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 王艷萍

技術領域

本發明涉及固體堿催化劑的制備方法以及制備生物柴油的方法。

背景技術

生物柴油作為一種清潔綠色的可替代能源，可以通過植物油與短鏈烷基醇酯交換反應 得到,反應式如式1所示:

式1生物柴油酯交換反應方程式

式1中R₁、R₂、R₃為C_12～24的飽和或不飽和的直鏈烴基，ROH表示低級脂肪醇，多 采用甲醇和乙醇，其中甘油酯多為混合甘油酯(即R₁≠R₂或者≠R₃)。生物柴油雖具有無毒、 易降解和潤滑性能好等性能，但其分子結構中僅含有一個酯基，含氧量較低，燃燒和排放 性能不夠理想。因此，以生物柴油為基礎，制備新型生物柴油，成為了人們研究的熱點。 并且新型生物柴油對有效控制環境污染以及相關工業的發展意義重大。

新型生物柴油是生物柴油(脂肪酸甲酯)與含有醇羥基的醚通過酯交換反應引入醚基 而生成的較高含氧量的燃料，其反應式如式2所示。

式2新型生物柴油酯交換反應方程式

式2中的新型生物柴油(n＝1、2、3、4、5、7、9、10、15、20)與傳統的生物柴油即 脂肪酸甲酯(FAME)相比，新型生物柴油的粘度、密度和熱值與石化柴油相近，閃點和十 六烷值較高，并具有與柴油相當的氧化安定性等優勢。同時，醚基的引入使新型生物柴油 含氧量增加，燃燒更為完全，可以有效減少CO₂、SO_x、NO_x以及碳煙污染物的排放。由 于新型生物柴油在燃燒性能等方面的優勢，因此，新型生物柴油的研究將受到越來越多的 關注。

Guo等人在《SAETechnicalPaper》的2015年第1卷的0955頁公開了一種采用精制 大豆油與乙二醇單甲醚進行酯交換反應制備新型生物柴油大豆油乙二醇甲醚酯的方法，該 方法為：先將金屬鈉溶于乙二醇單甲醚制成醇鈉溶液，再將精制大豆油和醇鈉溶液同時加 入燒瓶中，待反應完全后，冷卻，將燒瓶中的溶液移入分液漏斗中,稀鹽酸中和,靜止24 h，減壓蒸餾除去乙二醇甲醚，干燥脫水，即可得到新型生物柴油大豆油乙二醇單甲醚酯。

Chen等人在《SAETechnicalPaper》的2014年第1卷的1469頁公開了一種以KOH 為催化劑催化精制棕櫚油與乙二醇單甲醚進行酯交換反應制備新型生物柴油棕櫚油乙二 醇甲醚酯的方法，該方法為：將一定量的棕櫚油脫酸除水后加入到1000mL的三口燒瓶中， 當容器內溫度為60℃恒定時，加入配好的醇鉀溶液，待充分反應后，將燒瓶內溶液轉移 到分液漏斗中，加入適量鹽酸使溶液呈中性。靜置12h，分層，除去分液漏斗下層黃褐色 粘稠的粗甘油后，便得到粗生物柴油。通過減壓蒸餾除去反應中過量的乙二醇單甲醚，抽 濾除去反應產生的皂鹽，再經反復水洗、干燥，最終得到產物新型生物柴油棕櫚油乙二醇 甲醚酯。

以上現有技術中無論以KOH還是以金屬鈉為催化劑，都是均相堿催化劑，它們的后 處理過程復雜，反應產物需要中和、洗滌，導致排放大量的廢水，污染環境，而且不能重 復使用。

發明內容

本發明是要解決現有的制備新型生物柴油的催化劑的反應后續處理步驟復雜、有污 染、不能重復使用的技術問題，而提供一種固體堿催化劑、其制備方法以及利用其催化合 成生物柴油的方法。

本發明的固體堿催化劑為表面有孔的磷酸鈉，孔徑d≤5μm。

本發明的固體堿催化劑的制備方法如下：

一、干燥處理：將Na₃PO₄·12H₂O置于空氣氣氛中，在溫度為100～200℃的條件下干 燥8～24h，得到前驅體；

二、焙燒處理：將步驟一得到的前驅體移至焙燒爐中，空氣氣氛中，升溫至210～800℃ 并保持2～6h，降至常溫，即得到固體堿催化劑。

利用上述的固體堿催化劑催化合成新型生物柴油的方法，按以下步驟進行：